機(jī)電一體化第3章 伺服系統(tǒng)(2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制2)

1、 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)由系統(tǒng)由 “ “步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路” ” + “+ “步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)” ” 組成，對(duì)工作臺(tái)組成，對(duì)工作臺(tái)位移、速度和運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行控制位移、速度和運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行控制四、步進(jìn)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)與控制四、步進(jìn)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)與控制 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路：主要由脈沖分配器和功率放大器兩：主要由脈沖分配器和功率放大器兩部份組成。部份組成。變頻控制信號(hào)變頻控制信號(hào)：主要有脈沖頻率信號(hào)和方向控制信號(hào)。：主

2、要有脈沖頻率信號(hào)和方向控制信號(hào)。 脈沖分配器 功率放大器變頻信號(hào)方向信號(hào)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的組成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的組成脈沖分配器脈沖分配器的作用是產(chǎn)生多路順序脈沖信號(hào)，從而使電機(jī)繞組的通的作用是產(chǎn)生多路順序脈沖信號(hào)，從而使電機(jī)繞組的通電順序按一定規(guī)律變化。電順序按一定規(guī)律變化。 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制 利用計(jì)算機(jī)軟件，差表或計(jì)算進(jìn)行脈沖的環(huán)形分配 成本低、利于多相的脈沖分配 、占用計(jì)算機(jī)機(jī)時(shí) 小規(guī)模集成電路環(huán)形分配器 搭接靈活、不占用計(jì)算機(jī)機(jī)時(shí) 專用環(huán)形分配器 使用方便、接口簡(jiǎn)單.如：CH250三相繞組分頻器 ；L297和PMM8714兩相繞組分頻器；P

3、MM8713五相繞組電機(jī)分頻器等。（一）環(huán)形脈沖分配方法 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制1、軟件脈沖分配的控制、軟件脈沖分配的控制 計(jì)算機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，使用軟件實(shí)現(xiàn)脈沖分配。常計(jì)算機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，使用軟件實(shí)現(xiàn)脈沖分配。常用查表法。用查表法。對(duì)于三相六拍環(huán)形分配器，每當(dāng)接收到一個(gè)進(jìn)給脈沖指令，對(duì)于三相六拍環(huán)形分配器，每當(dāng)接收到一個(gè)進(jìn)給脈沖指令，環(huán)形分配器軟件根據(jù)下表所示真值表，按順序及方向控制輸出接口將環(huán)形分配器軟件根據(jù)下表所示真值表，按順序及方向控制輸出接口將A A、B B、C C的值輸出即可。把表中的數(shù)值按順序存入內(nèi)存的的值輸出即可。

4、把表中的數(shù)值按順序存入內(nèi)存的EPROMEPROM中，并分別中，并分別設(shè)定表頭的地址為設(shè)定表頭的地址為TAB0TAB0。計(jì)算機(jī)的。計(jì)算機(jī)的P1P1口按從表頭開始逐步加口按從表頭開始逐步加1 1的順序變的順序變化，電動(dòng)機(jī)正相旋轉(zhuǎn)，如果按從化，電動(dòng)機(jī)正相旋轉(zhuǎn)，如果按從TAB5TAB5，逐步減，逐步減1 1的順序變化，電動(dòng)機(jī)則的順序變化，電動(dòng)機(jī)則反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)。步序 導(dǎo)電相 工作狀態(tài) 數(shù)值（16進(jìn)制） 程序的數(shù)據(jù)表 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) C B A TAB A0 0 1 01HTAB0 DB01H AB0 1 1 03HDB03H B0 1 0 02HDB02H BC1 1 0 06HDB06H C1 0 0 04

5、HDB04H CA1 0 1 05HTAB5 DB05H 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制2、脈沖分配控制硬件（環(huán)形分配器）CNC裝置電源環(huán)形分配器A相驅(qū)動(dòng)B相驅(qū)動(dòng)C相驅(qū)動(dòng)FULL/HALFDIRCLKM三相硬件環(huán)形分配器的驅(qū)動(dòng)控制C1,C2,C3為雙為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制3、 專用環(huán)形分配器器件 n目前市場(chǎng)提供的國(guó)產(chǎn)目前市場(chǎng)提供的國(guó)產(chǎn)TTL脈沖分配器有三相脈沖分配器有三相（YBO13）、四相（）、四相（YBO14）、五相（）、五相（YBO15）和）和六相（六相（YBO16），均為），均為18個(gè)

6、管腳的直插式封裝。個(gè)管腳的直插式封裝。CMOS集成脈沖分配器也有不同型號(hào)，例如集成脈沖分配器也有不同型號(hào)，例如CH250型型用來(lái)驅(qū)動(dòng)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，封裝形式為用來(lái)驅(qū)動(dòng)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，封裝形式為16腳直插式。腳直插式。n這兩種脈沖分配器的工作方式基本相同，當(dāng)各個(gè)引腳這兩種脈沖分配器的工作方式基本相同，當(dāng)各個(gè)引腳連接好之后，主要通過(guò)一個(gè)脈沖輸入端，控制步進(jìn)的連接好之后，主要通過(guò)一個(gè)脈沖輸入端，控制步進(jìn)的速度；一個(gè)輸入端控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向；并有與步進(jìn)電速度；一個(gè)輸入端控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向；并有與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相數(shù)相同數(shù)目的輸出端分別控制電動(dòng)機(jī)的各相。動(dòng)機(jī)相數(shù)相同數(shù)目的輸出端分別控制電動(dòng)機(jī)的各相。 4 伺服系統(tǒng)

7、伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制nJ3r、J3L兩端子是三相雙三拍的控制端，兩端子是三相雙三拍的控制端，J6r、J6L是三相六拍的控制端。是三相六拍的控制端。三相雙三相雙三拍工作時(shí)：三拍工作時(shí)：若若J3r“1”，而，而J3L“0”，則電機(jī)正轉(zhuǎn)；若，則電機(jī)正轉(zhuǎn)；若J3r“0”，J3L“1”， 則電機(jī)反轉(zhuǎn)；則電機(jī)反轉(zhuǎn)；三相六拍供電時(shí)：三相六拍供電時(shí)：若若J6r“1”，J6L“0”，則電機(jī)正轉(zhuǎn)；，則電機(jī)正轉(zhuǎn)；若若J6r“0”，J6L“1”，電機(jī)反轉(zhuǎn)。，電機(jī)反轉(zhuǎn)。R2是雙三拍的復(fù)位端，是雙三拍的復(fù)位端，R1 是六拍的復(fù)位是六拍的復(fù)位端，使用時(shí)，首先將其對(duì)應(yīng)復(fù)位端接入高電平，使其進(jìn)入

8、工作狀態(tài)，然后換接端，使用時(shí)，首先將其對(duì)應(yīng)復(fù)位端接入高電平，使其進(jìn)入工作狀態(tài)，然后換接到工作位置。到工作位置。CL端是時(shí)鐘脈沖輸入端，端是時(shí)鐘脈沖輸入端，EN是時(shí)鐘脈沖允許端，用以控是時(shí)鐘脈沖允許端，用以控 制時(shí)鐘制時(shí)鐘脈沖的允許與否。當(dāng)脈沖脈沖的允許與否。當(dāng)脈沖CP由由CL端輸入，只有端輸入，只有EN端為高電平時(shí)，時(shí)鐘脈沖的端為高電平時(shí)，時(shí)鐘脈沖的上升沿才起作用。上升沿才起作用。CH250也允許以也允許以EN端作脈沖端作脈沖CP的輸入端，此時(shí)，的輸入端，此時(shí)， 只有只有CL為為低電平時(shí)，時(shí)鐘脈沖的下降沿才起作用。低電平時(shí)，時(shí)鐘脈沖的下降沿才起作用。A、B、C為環(huán)形分配器的三個(gè)輸出端，為環(huán)形分

9、配器的三個(gè)輸出端，經(jīng)過(guò)脈沖放大器（功率放大器）后分別接到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的三相線經(jīng)過(guò)脈沖放大器（功率放大器）后分別接到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的三相線 上。上。 方 向 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)電路：一種脈沖放大電路，使脈沖具有一定的功率驅(qū)動(dòng)能力。驅(qū)動(dòng)電路：一種脈沖放大電路，使脈沖具有一定的功率驅(qū)動(dòng)能力。要求：要求： 提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的快速性；提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的快速性； 提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)性。提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)性。 步進(jìn)電機(jī)使用脈沖電源工作，步進(jìn)電機(jī)使用脈沖電源工作，環(huán)型脈沖分配器輸出的電流很小，環(huán)型脈沖

10、分配器輸出的電流很小，必需經(jīng)過(guò)功率放大。必需經(jīng)過(guò)功率放大。其驅(qū)動(dòng)電路方式有多種其驅(qū)動(dòng)電路方式有多種, ,過(guò)去常采用過(guò)去常采用單電壓、高單電壓、高低壓驅(qū)動(dòng)電源（電壓型）低壓驅(qū)動(dòng)電源（電壓型），現(xiàn)在則多采用，現(xiàn)在則多采用恒流斬波恒流斬波和和調(diào)頻調(diào)壓（電調(diào)頻調(diào)壓（電流型）流型）等形式的驅(qū)動(dòng)電源。等形式的驅(qū)動(dòng)電源。（二）功率放大器（二）功率放大器( (驅(qū)動(dòng)電路）驅(qū)動(dòng)電路） 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制www1 1 單電壓限流型驅(qū)動(dòng)電路（單電壓功率放大電路）單電壓限流型驅(qū)動(dòng)電路（單電壓功率放大電路）二極管二極管VDVD，續(xù)流泄放，保護(hù)功放管，續(xù)流泄放，保護(hù)功放管限流電

11、阻限流電阻R R，避免電機(jī)燒避免電機(jī)燒壞壞, ,一般一般5-5-2020功率放大器功率放大器3DK4,3DD153DK4,3DD15特點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但串聯(lián)特點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但串聯(lián)R2R2消耗能量降低放大消耗能量降低放大功率；電感較大使電路對(duì)脈沖反應(yīng)較慢功率；電感較大使電路對(duì)脈沖反應(yīng)較慢, ,輸出波形輸出波形差。主要用于轉(zhuǎn)速要求不高的小型步進(jìn)電機(jī)控制。差。主要用于轉(zhuǎn)速要求不高的小型步進(jìn)電機(jī)控制。 繞組繞組W W 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制2 2 高低壓功率放大器高低壓功率放大器采用脈沖變壓器TI組成的高低壓控制電路原理圖 有脈沖輸入時(shí)T1、T2、T3、

12、T4飽和導(dǎo)通 脈沖變壓器TI二次側(cè)感生一個(gè)電壓T3導(dǎo)通80v的高壓T3W，使電流迅速上升當(dāng)T2進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，TI二次側(cè)的感應(yīng)電壓為零T3截止l2v低壓D1W輸入脈沖結(jié)束后， T1、T2、T3、T4又都截止，儲(chǔ)存在W中的能量18歐電阻和D2放電（18歐電阻的作用是減小放電回路的時(shí)間常數(shù)，改善電流波形的后沿。）該電路由于采用高壓驅(qū)動(dòng)，電流增長(zhǎng)加快，脈沖電流的前沿變陡，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和運(yùn)行頻率部得到了提高。 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制 當(dāng)輸入端為低電平時(shí)當(dāng)輸入端為低電平時(shí)，低壓部分的，低壓部分的VM0SVM0S管管V2(IRF250)V2(IRF250)柵極為低電

13、平，柵極為低電平，V2V2截止。同時(shí)單穩(wěn)態(tài)電路截止。同時(shí)單穩(wěn)態(tài)電路N1N1不觸發(fā)，不觸發(fā)，Q Q端端6 6腳輸出高電平，開關(guān)管腳輸出高電平，開關(guān)管T1(3DAl50)T1(3DAl50)飽飽和導(dǎo)通和導(dǎo)通，高壓管，高壓管Vl(IRF250)Vl(IRF250)柵極為低電平，柵極為低電平，V1V1截止，截止，繞組中也無(wú)電流通過(guò)繞組中也無(wú)電流通過(guò)。 低電平高高電電平平低電平V2截止N1N1不觸發(fā)不觸發(fā)T1T1導(dǎo)通導(dǎo)通V1截止繞組中繞組中也無(wú)電也無(wú)電流通過(guò)流通過(guò) 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制當(dāng)輸入端輸入一進(jìn)給脈沖時(shí)當(dāng)輸入端輸入一進(jìn)給脈沖時(shí)，v2v2的柵極為高電平，則

14、的柵極為高電平，則低壓管低壓管V2V2導(dǎo)通導(dǎo)通。同時(shí)脈沖的上。同時(shí)脈沖的上升沿使單穩(wěn)態(tài)電路升沿使單穩(wěn)態(tài)電路45284528觸發(fā)，觸發(fā)，Q Q端端6 6腳輸出低電平，腳輸出低電平，這時(shí)這時(shí)開關(guān)管開關(guān)管T1(3DAl50)T1(3DAl50)截止，高截止，高壓管壓管Vl(IRF250)Vl(IRF250)導(dǎo)通導(dǎo)通，這時(shí)由于，這時(shí)由于A A點(diǎn)電位比點(diǎn)電位比12v12v高，故二極管高，故二極管D5D5截止截止，電流通過(guò)高壓電流通過(guò)高壓管管V1V1（IRF250)IRF250)流經(jīng)繞組及低壓管流經(jīng)繞組及低壓管v2(zRF250)v2(zRF250)進(jìn)入電源負(fù)極。進(jìn)入電源負(fù)極。高電平高電平低低電電平平高電

15、平高電平V2V2導(dǎo)通導(dǎo)通45284528觸觸發(fā)發(fā)T1T1截止截止VlVl導(dǎo)通導(dǎo)通D D5 5D5D5截止截止 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制單穩(wěn)態(tài)電路單穩(wěn)態(tài)電路45284528定時(shí)結(jié)束，定時(shí)結(jié)束，6 6腳輸出高電平，使高壓管腳輸出高電平，使高壓管v1(IRF250)v1(IRF250)截止截止。這時(shí)這時(shí)A A點(diǎn)電位低于點(diǎn)電位低于12v12v，12v12v電流開始向繞組輸送低電壓電流，以維持繞電流開始向繞組輸送低電壓電流，以維持繞組穩(wěn)定在額定電流上。組穩(wěn)定在額定電流上。高壓導(dǎo)通的時(shí)間由單穩(wěn)態(tài)電路決定，通過(guò)調(diào)節(jié)高壓導(dǎo)通的時(shí)間由單穩(wěn)態(tài)電路決定，通過(guò)調(diào)節(jié)R R、C C

16、參數(shù)使高壓開通的時(shí)間恰好使繞組的電流上升到額定值左右再關(guān)閉。參數(shù)使高壓開通的時(shí)間恰好使繞組的電流上升到額定值左右再關(guān)閉。時(shí)間的調(diào)節(jié)要非常小心，時(shí)間稍長(zhǎng)即可能燒毀晶體管。時(shí)間的調(diào)節(jié)要非常小心，時(shí)間稍長(zhǎng)即可能燒毀晶體管。高電平高電平高高電電平平高電平高電平V2V2導(dǎo)通導(dǎo)通45284528定定時(shí)結(jié)束時(shí)結(jié)束T1T1導(dǎo)通導(dǎo)通VlVl截止截止D D5 5D5D5導(dǎo)通導(dǎo)通 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制 這種電路特點(diǎn)是高壓充電，低壓維持。這種電路特點(diǎn)是高壓充電，低壓維持。當(dāng)環(huán)形分配器輸出高電當(dāng)環(huán)形分配器輸出高電平時(shí)平時(shí)，兩只功率放大管，兩只功率放大管T T1 1，T T2

17、2同時(shí)導(dǎo)通，電機(jī)繞組以同時(shí)導(dǎo)通，電機(jī)繞組以80V80V高壓供電，高壓供電，繞組電流快速上升，前沿很陡。繞組電流快速上升，前沿很陡。 當(dāng)接近額定電流時(shí)當(dāng)接近額定電流時(shí)，單穩(wěn)延時(shí)時(shí)間到，單穩(wěn)延時(shí)時(shí)間到，T T1 1管截止，改由低壓管截止，改由低壓12V12V供電，維持繞組額定電流。若高低壓之比為供電，維持繞組額定電流。若高低壓之比為U U1 1/ /U U2 2，則電流上升，則電流上升也提高也提高U U1 1/ /U U2 2倍，上升時(shí)間明顯減小。倍，上升時(shí)間明顯減小。 當(dāng)?shù)蛪簲嚅_時(shí)當(dāng)?shù)蛪簲嚅_時(shí)，電感中儲(chǔ)能通過(guò)構(gòu)成的放電回路放電，因此也，電感中儲(chǔ)能通過(guò)構(gòu)成的放電回路放電，因此也加快了放電過(guò)程。這種

18、供電線路由于加快了繞組電流的上升和下降加快了放電過(guò)程。這種供電線路由于加快了繞組電流的上升和下降過(guò)程，有利于提高步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率和最高連續(xù)工作頻率。過(guò)程，有利于提高步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率和最高連續(xù)工作頻率。 由于額定電流是由低壓維持的，只需較小的限流電阻，功耗小。由于額定電流是由低壓維持的，只需較小的限流電阻，功耗小。該電路能在較寬的頻率范圍內(nèi)有較大的平均電流，能產(chǎn)生較大且較該電路能在較寬的頻率范圍內(nèi)有較大的平均電流，能產(chǎn)生較大且較穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩，缺點(diǎn)是高低壓電路波形連接處有凹形穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩，缺點(diǎn)是高低壓電路波形連接處有凹形 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制3.

19、恒流源功率放大電路恒流源功率放大電路當(dāng)當(dāng)A處輸入為低電平時(shí)，處輸入為低電平時(shí)，T1(3DK2)截止，截止，這時(shí)由這時(shí)由T2(3DK4)及及T3(3DDl5)組成的達(dá)組成的達(dá)林頓管導(dǎo)通，電流由電源正端流經(jīng)電機(jī)林頓管導(dǎo)通，電流由電源正端流經(jīng)電機(jī)繞組及達(dá)林頓復(fù)合管經(jīng)由繞組及達(dá)林頓復(fù)合管經(jīng)由PNP型大功率型大功率管管T4(2955)組成的恒流源流向電源負(fù)端。組成的恒流源流向電源負(fù)端。而電流的大小取決于恒流源的恒流值，而電流的大小取決于恒流源的恒流值，當(dāng)發(fā)射極電阻減小時(shí)，恒流值增大；當(dāng)當(dāng)發(fā)射極電阻減小時(shí)，恒流值增大；當(dāng)電阻增大時(shí)，恒流值減小。電阻增大時(shí)，恒流值減小。由于恒流源由于恒流源的動(dòng)態(tài)電阻很大，故

20、繞組可在較低的電的動(dòng)態(tài)電阻很大，故繞組可在較低的電壓下取得較高的電流上升率。壓下取得較高的電流上升率。 恒流源功率放大電路的特點(diǎn)是在較低恒流源功率放大電路的特點(diǎn)是在較低的電壓上，有一定的上升率因而可用的電壓上，有一定的上升率因而可用在較高頻率的驅(qū)動(dòng)上。在較高頻率的驅(qū)動(dòng)上。由于電源電壓較由于電源電壓較低，功耗將減小，效率有所提高。由于低，功耗將減小，效率有所提高。由于恒流源管工作在放大區(qū)，管壓降較大，恒流源管工作在放大區(qū)，管壓降較大，功耗很大，故必須注意對(duì)恒流源管采用功耗很大，故必須注意對(duì)恒流源管采用較大的較大的散熱片散熱散熱片散熱。低電平低電平T2導(dǎo)通導(dǎo)通T1截止截止T3導(dǎo)通導(dǎo)通由于此時(shí)電路由

21、于此時(shí)電路為反相驅(qū)動(dòng)，為反相驅(qū)動(dòng)，故脈沖在進(jìn)入故脈沖在進(jìn)入恒流源驅(qū)動(dòng)電恒流源驅(qū)動(dòng)電源前應(yīng)反相后源前應(yīng)反相后再送入輸入端。再送入輸入端。 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制4. 斬波恒流功率放大電路斬波恒流功率放大電路 圖中圖中VFlVFl、VF2VF2為開關(guān)管。電機(jī)為開關(guān)管。電機(jī)繞組繞組W W串接在串接在VF1VF1、VF2VF2之間，之間，T T為為VF1VF1的驅(qū)動(dòng)管。的驅(qū)動(dòng)管。CPCP為比較器。為比較器。它與周圍的電阻組成滯回比較它與周圍的電阻組成滯回比較器，其同相端接參考電壓器，其同相端接參考電壓UR(UR(可可由電位器由電位器RPRP調(diào)到所需要的數(shù)值調(diào)到

22、所需要的數(shù)值) )，反相端接在反相端接在0.30.3歐的檢測(cè)電阻歐的檢測(cè)電阻R1R1上。比較器的輸出經(jīng)上。比較器的輸出經(jīng)Y Y、T T進(jìn)而進(jìn)而控制高壓開關(guān)管控制高壓開關(guān)管VF1VF1的通斷，的通斷，D1D1、D2D2為兩極反相驅(qū)動(dòng)器，與非門為兩極反相驅(qū)動(dòng)器，與非門Y Y為高壓管的控制門。為高壓管的控制門。輸入為低電平時(shí)，輸入為低電平時(shí)，VF2VF2因柵極電因柵極電位為零而截止。此時(shí)，位為零而截止。此時(shí)，Y Y輸出為輸出為1 1，T T飽和導(dǎo)通，飽和導(dǎo)通，VF1VF1的柵極也是的柵極也是零電位，故零電位，故VFlVFl也截止，繞組也截止，繞組W W中無(wú)電流通過(guò)，電機(jī)不轉(zhuǎn)。中無(wú)電流通過(guò)，電機(jī)不轉(zhuǎn)。

23、低電平低電平VF2VF2截止截止T T導(dǎo)通導(dǎo)通Y Y輸出輸出為為1 1VFlVFl截止截止W W無(wú)電流通過(guò)無(wú)電流通過(guò) 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制輸入為輸入為高電平時(shí)，高電平時(shí)，VF2VF2飽和導(dǎo)通飽和導(dǎo)通。流。流過(guò)過(guò)VF2VF2的電流按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)在的電流按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)在檢測(cè)電阻檢測(cè)電阻RlRl上的降壓上的降壓U1U1還小于還小于URUR時(shí)，時(shí)，比較器輸出高電平，它與輸入脈沖的比較器輸出高電平，它與輸入脈沖的高電平一起加到高電平一起加到Y(jié) Y的兩個(gè)輸入端，使的兩個(gè)輸入端，使Y Y輸出為零，輸出為零，T T截止，高電壓截止，高電壓UDDUDD經(jīng)經(jīng)R2

24、R2、D1D1加到高壓管加到高壓管VF1VF1的柵極上，使的柵極上，使VF1VF1飽飽和導(dǎo)通，高壓和導(dǎo)通，高壓UDDUDD經(jīng)經(jīng)VFlVFl加到繞組加到繞組W W上，上，使電流急速上升。使電流急速上升。高電平高電平VF2VF2導(dǎo)通導(dǎo)通U1U1 URUR高電平高電平Y(jié) Y輸出為零輸出為零T T截止截止VF1VF1導(dǎo)通導(dǎo)通 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制當(dāng)電流上升到預(yù)先調(diào)好的當(dāng)電流上升到預(yù)先調(diào)好的額定值后額定值后，R1R1上的壓降上的壓降U1U1URUR，比較器輸出低電平，比較器輸出低電平，將與非門將與非門Y Y關(guān)上，關(guān)上，Y Y輸出的輸出的高電平使高電平使T T飽

25、和導(dǎo)通，飽和導(dǎo)通，VFlVFl截止。截止。此時(shí)，儲(chǔ)存在此時(shí)，儲(chǔ)存在W W中的中的能量經(jīng)能量經(jīng)VF2VF2、D4D4泄放，電流泄放，電流下降，下降，當(dāng)電流下降到某一當(dāng)電流下降到某一數(shù)值時(shí)，比較器又輸出高數(shù)值時(shí)，比較器又輸出高電平，經(jīng)電平，經(jīng)Y Y、T T使使VFlVFl再次導(dǎo)再次導(dǎo)通，高壓又加到通，高壓又加到W W上，電流上，電流又上升，升到額定值后，又上升，升到額定值后，比較器再次翻轉(zhuǎn)，輸出低比較器再次翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，又使電平，又使VF1VF1關(guān)斷。這樣，關(guān)斷。這樣，在輸入脈沖持續(xù)期間，在輸入脈沖持續(xù)期間，VFlVFl不斷的開、關(guān)。不斷的開、關(guān)。開啟時(shí)，開啟時(shí)，UDDUDD加到加到w w上，

26、使上，使IwIw上升；上升；關(guān)斷時(shí)，關(guān)斷時(shí)，W W經(jīng)經(jīng)VF2VF2、D4D4泄放泄放能量，使能量，使IWIW下降；下降；當(dāng)輸入當(dāng)輸入脈沖結(jié)束后，脈沖結(jié)束后，VF1VF1、VF2VF2均均截止，儲(chǔ)存在截止，儲(chǔ)存在W W中的能量經(jīng)中的能量經(jīng)D3D3回饋給電源。回饋給電源。 高電高電平平VF2VF2導(dǎo)導(dǎo)通通U1U1URUR低電低電平平Y(jié) Y輸出高電平輸出高電平T T導(dǎo)通導(dǎo)通VFlVFl截止截止回饋給回饋給電源電源IwIw泄放泄放 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制繞組上的電壓和電流的波形如圖繞組上的電壓和電流的波形如圖3 32525所所示?？梢?，在輸入脈沖持續(xù)期間，示。

27、可見，在輸入脈沖持續(xù)期間，VFlVFl多多次導(dǎo)通給次導(dǎo)通給W W補(bǔ)充電流，使電流平均值穩(wěn)定補(bǔ)充電流，使電流平均值穩(wěn)定在所要求的數(shù)值上。在所要求的數(shù)值上。該電路由于去掉了限流電阻，效率顯著提該電路由于去掉了限流電阻，效率顯著提高，并利用高壓給高，并利用高壓給W W儲(chǔ)能，波的前沿得到儲(chǔ)能，波的前沿得到了改善，從而可使步進(jìn)電機(jī)的輸出加大，了改善，從而可使步進(jìn)電機(jī)的輸出加大，運(yùn)行頻率得以提高。運(yùn)行頻率得以提高。 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制5. 調(diào)頻調(diào)壓功放電路步進(jìn)電機(jī)繞組電流的上沖值是隨工作頻率的升高而降低的，使輸出轉(zhuǎn)矩隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而下降。要保證步進(jìn)電機(jī)高額運(yùn)

28、行時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩，就需要提高供電電壓。調(diào)頻調(diào)壓電源的基本原理是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)在低頻運(yùn)行時(shí)，供電電壓降低，當(dāng)運(yùn)行在高頻段時(shí)，供電電壓也升高。即供電電壓隨著步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而升高。這樣，既解決了低頻振蕩問(wèn)題，也保證了高頻運(yùn)行時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩。 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制UCP是步進(jìn)控制脈沖信號(hào)，是步進(jìn)控制脈沖信號(hào)，UCTUCT是是開關(guān)凋壓信號(hào)。開關(guān)凋壓信號(hào)。UCPUCP和和UCTUCT都由都由CPUCPU輸出。輸出。當(dāng)當(dāng)UCTUCT輸出一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)，輸出一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)，晶體管晶體管VlVl和和V2V2導(dǎo)通，電源電導(dǎo)通，電源電壓壓U1U1作用在電感作用在電感LsLs和

29、電機(jī)繞和電機(jī)繞組組w w上，上，LsLs感應(yīng)出負(fù)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)出負(fù)電動(dòng)勢(shì)，電流逐漸增大并對(duì)電容電流逐漸增大并對(duì)電容c c充電，充電時(shí)間由負(fù)脈沖寬充電，充電時(shí)間由負(fù)脈沖寬度度t tonon決定。決定。低電平低電平VlVl和和V2V2導(dǎo)通導(dǎo)通 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制UCP是步進(jìn)控制脈沖信號(hào)，是步進(jìn)控制脈沖信號(hào)，UCTUCT是是開關(guān)凋壓信號(hào)。開關(guān)凋壓信號(hào)。UCPUCP和和UCTUCT都由都由CPUCPU輸出。輸出。在在U UCTCT負(fù)脈沖過(guò)后，負(fù)脈沖過(guò)后，v1v1和和v2v2截截止，止，LsLs又產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其又產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向是方向是U2U2處為正

30、。此時(shí)，若處為正。此時(shí)，若V3V3導(dǎo)通，該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)便經(jīng)電機(jī)導(dǎo)通，該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)便經(jīng)電機(jī)繞組繞組W WRsRsV3V3VDVD1 1LsLs回路回路泄放，同時(shí)電容泄放，同時(shí)電容c c也向繞組也向繞組w w放放電。由此可見，電。由此可見，向電機(jī)供電的向電機(jī)供電的電壓電壓U2U2取決于取決于V1V1和和V2V2的開通時(shí)的開通時(shí)間即取決于負(fù)脈沖間即取決于負(fù)脈沖U UCT CT 的寬的寬度。負(fù)脈沖寬度越大，度。負(fù)脈沖寬度越大，U2U2越高。越高。因此，根據(jù)因此，根據(jù)U UCTCT的頻率，調(diào)整的頻率，調(diào)整U UCTCT的負(fù)脈沖寬度，便可實(shí)現(xiàn)的負(fù)脈沖寬度，便可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻調(diào)壓。調(diào)頻調(diào)壓。高電平高電平VlVl和和

31、V2V2截止截止 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制（三）細(xì)分驅(qū)動(dòng)（三）細(xì)分驅(qū)動(dòng)將一個(gè)步距角細(xì)分成若干步的驅(qū)動(dòng)方法稱為細(xì)分驅(qū)動(dòng)。將一個(gè)步距角細(xì)分成若干步的驅(qū)動(dòng)方法稱為細(xì)分驅(qū)動(dòng)。采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的目的：采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的目的：整步運(yùn)轉(zhuǎn)或半步運(yùn)轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上，不改變步進(jìn)電機(jī)整步運(yùn)轉(zhuǎn)或半步運(yùn)轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上，不改變步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)，提高步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)、控制精度結(jié)構(gòu)，提高步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)、控制精度 。細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的基本工作原理細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的基本工作原理 ：對(duì)每一控制脈沖，細(xì)分使其電流逐步增加對(duì)每一控制脈沖，細(xì)分使其電流逐步增加達(dá)到脈沖的最大電流（達(dá)到脈沖的最大電流（Imax），又逐步減少達(dá)到

32、脈沖的最小電流（），又逐步減少達(dá)到脈沖的最小電流（0），從），從而可實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)轉(zhuǎn)、控制、分辨，以及提高步進(jìn)精度。而可實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)轉(zhuǎn)、控制、分辨，以及提高步進(jìn)精度。wt 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制 工作原理：工作原理：由基極開關(guān)電壓由基極開關(guān)電壓U1U5控制多路功率開關(guān)管控制多路功率開關(guān)管VTd1VTd5的通斷，從而控制功放管的通斷，從而控制功放管VT的導(dǎo)通電流大小，即步的導(dǎo)通電流大小，即步進(jìn)電機(jī)線圈繞組電流的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)量的細(xì)分。進(jìn)電機(jī)線圈繞組電流的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)量的細(xì)分。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗很低，但器件多、

33、功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗很低，但器件多、體積大。體積大。 iwwwittU多路功率開關(guān)細(xì)分電路多路功率開關(guān)細(xì)分電路1、多路功率開關(guān)器件、多路功率開關(guān)器件 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制功率晶體管工作在放大狀態(tài)，功耗大，電源利用率低，但所用器件少功率晶體管工作在放大狀態(tài)，功耗大，電源利用率低，但所用器件少 wiw2.2.疊加放大細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路疊加放大細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制目前實(shí)現(xiàn)階梯波供電的方法有如圖目前實(shí)現(xiàn)階梯波供電的方法有如圖3 32323所示的兩種。圖所示的兩種。圖(a)(a)為先為先放大后疊加。

34、即是將通過(guò)細(xì)分環(huán)形分配器所形成的各個(gè)等幅等寬放大后疊加。即是將通過(guò)細(xì)分環(huán)形分配器所形成的各個(gè)等幅等寬的脈沖，分別進(jìn)行放大，然后在電機(jī)繞組中疊加起來(lái)形成階梯波。的脈沖，分別進(jìn)行放大，然后在電機(jī)繞組中疊加起來(lái)形成階梯波。圖圖(b)(b)為先疊加后放大。這種方法用運(yùn)算放大器來(lái)疊加，或采用公為先疊加后放大。這種方法用運(yùn)算放大器來(lái)疊加，或采用公共負(fù)載的方法，把方波合成階梯波，然后對(duì)階梯波進(jìn)行放大再去共負(fù)載的方法，把方波合成階梯波，然后對(duì)階梯波進(jìn)行放大再去驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，其中的放大環(huán)節(jié)可采用線性放大或斬波放大等方驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，其中的放大環(huán)節(jié)可采用線性放大或斬波放大等方式。式。 細(xì)分環(huán)形 分配器放大放大放大放

35、大放大細(xì)分環(huán)形 分配器加法器w加法器wUttiw 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制（四）步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制（四）步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制 步進(jìn)電機(jī)的工作過(guò)程一般由控制器控制，控制器按照設(shè)計(jì)者的步進(jìn)電機(jī)的工作過(guò)程一般由控制器控制，控制器按照設(shè)計(jì)者的要求完成一定的控制過(guò)程，使功率放大電路按照要求的規(guī)律驅(qū)要求完成一定的控制過(guò)程，使功率放大電路按照要求的規(guī)律驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。簡(jiǎn)單的控制過(guò)程可以用各種邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。簡(jiǎn)單的控制過(guò)程可以用各種邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，但其缺點(diǎn)是線路復(fù)雜，控制方案改變困難，自從微處理器間世但其缺點(diǎn)是線路復(fù)雜，控制方案改變困難，自從微處理器間世以來(lái)，給步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì)開辟了新的途徑。主要分為：串以來(lái)，給步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì)開辟了新的途徑。主要分為：串行控制行控制和和并行控制兩種方法。并行控制兩種方法。 n串行控制。串行控制。具有串行控制功能的單片機(jī)系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電具有串行控制功能的單片機(jī)系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源之間具有較少的連線。將信號(hào)送入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的環(huán)形源之間具有較少的連線。將信號(hào)送入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的環(huán)形分配器，所以在這種系統(tǒng)個(gè)，驅(qū)動(dòng)電源中必須含有環(huán)形分配器。分配器，所以在這種系統(tǒng)個(gè)，驅(qū)動(dòng)電源中必須含有環(huán)形分配器。 n并行控制。并行控制。用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)個(gè)端口直接